摘要：本文针对传统立式复合破碎机在结构原理上存在的问题，进行了分析和论述，突破传统的思维模式束缚，对立式复合破进行了结构原理的大胆创新，开发了PFL-Ⅲ系列高效立式复合破碎机，阐述了其结构原理、特点和应用,由现场应用数据验证了新结构的技术先进性，使立式复合破碎机的结构原理和技术性能有了质的飞跃，引领了行业技术的发展进步。
关键词：新型制砂设备；高效；节能；直通式多级连续破碎腔；
一、前言
随着立式复合破碎机技术的不断发展进步，传统形式的立式复合破碎机在产品结构、性能、适用范围等方面已远远不能满足社会发展的需要，目前市场上立式复合破碎机在实际应用中存在的主要问题是：复合破的上、下破碎腔之间设置有隔板，当破碎机工作时，上、下破碎腔之间的隔板易产生堵料现象，造成物料通过量小、产量低、设备能耗大等问题；二是复合破的上、下甩料盘的筋形状不合理，接近外边缘的筋磨损很快，造成寿命短、材料利用率低，增加用户的设备维护工作量和使用成本。［1］
图1 老型PFL系列的甩料盘
Fig.1 The throwing plate of old PFL Series
图2 新型PFL-III系列的甩料盘
Fig.2 The throwing plate of new PFL-Ⅲ Series
针对这些疑难问题，我们认真分析研究了国内外细碎技术，突破传统的思维模式束缚，对立式复合破进行了结构原理的大胆创新，开发了PFL-Ⅲ系列高效立式复合破碎机，解决了传统复合破的存在问题和不足，使立式复合破碎机的结构原理和技术性能有了质的飞跃。
二、结构分析与对策
传统立式复合破碎机的甩料盘和破碎腔的问题分析如下：
1、甩料盘结构的分析
对于甩料盘结构的材料利用率低、不耐磨的问题，我们根据甩料盘的实际磨损特性，对甩料盘的结构进行了创新设计。
老型PFL的甩料盘结构如图1所示：由于甩料盘的筋靠近圆周边缘的切线速度比内侧要高、磨损要快，材料利用率很低（不足10%），甩料盘筋的形状和磨损位置如图1所示。
新型PFL-Ⅲ的甩料盘结构如图2所示：甩料盘由甩料筋和甩料衬板圆周交叉均布组成，甩料筋磨损后可做甩料衬板用；甩料筋的形状也进行了创新设计，根据其工作磨损特性（切线速度大、磨损相对就快），甩料筋的形状设计为由里到外逐渐加宽、加高（如图2所示），以实现同步磨损、提高材料利用率的的目的。
通过实践证明，新型PFL-Ⅲ型甩料盘大幅度提高了材料利用率和寿命，材料利用率达50%以上，寿命比老型提高了近10倍，降低了用户的使用成本和维修工作量。
2、破碎腔结构的分析
目前大多立式复合破碎机的破碎腔结构有两种如图3所示：a为上、下转子圆柱形，b为上锥形、下圆柱形转子，上、下转子间的环形隔板或篦板将破碎腔分上、下两部分，上下转子圆周均布有锤头，旋转的转子锤头与反击板之间形成环形间隙，且由上至下的间隙是由大到小，一般情况下，上部为中碎破碎腔，下部为细碎破碎腔。［2］、［3］
图3 传统立式复合破碎机的破碎腔结构
Fig.3 The structure of the crushing chamber of the traditional complex vertical impact crushers
环形隔板或篦板的作用是：物料通过第一破碎腔破碎后，在环形隔板或篦板上自然形成堆积角，将物料导向下甩料盘，使其二次加速重复上一级的破碎过程。由于筒体高度的局限性，使上、下转子间距较小，环形隔板或篦板距上转子锤头太近，不但形不成自然堆积角，反而经常引起堵料和上锤头的过度磨损。
下甩料盘的理论作用是：当大块物料通过上部腔的破碎作用后，碎至40mm左右，落到下甩料盘上获得二次加速，使物料获得足够的能量并抛射到反击板上实现冲击破碎。若要实现冲击破碎，物料必须获得足够的速度，对于冲击破碎所需要的速度，目前国内教材使用的公式是：
计算得：V = 31.8m/s。
式中： V —— 矿石冲击速度，m/s
μ —— 矿石泊松比。（μ取0.25）
γ —— 矿石密度，kg/m3。（γ取2400 kg/m3，）
σ—— 矿石抗压强度，Pa。（σ取160 MPa）
E —— 矿石弹性模数。（E取80 GPa）
大多数矿石的泊松比为0.25左右，矿石的密度2200～3000 kg/m3，矿石的抗压强度为160～250MPa，弹性模数为60～100GPa。
立式复合破碎机的下甩料盘的圆周切线速度υx一般为为28～40m/s，由于该处用于加速物料的下甩料盘是一个开式的盘状结构，物料在甩料盘上翻滚、滑动、摩擦现象严重（通过观察甩料盘磨损情况，靠近边缘的甩料筋磨损严重，且划痕是接近“圆弧形”的抛物线状），所以，甩料盘上物料的实际切线速度υx，要低于下甩料盘的圆周切线速度υx：
υx，=υx·β=（28～40）×0.7 = 19.6～28( m/s)
式中：υx，——物料的圆周切线速度，m/s。
υx ——下甩料盘的圆周切线速度，m/s。（一般取28～40m/s）
β ——物料的圆周切线速度系数。（一般取0.7）
由以上计算可知，下甩料盘上物料不能达到冲击破碎所需的的切线速度，无法给物料提供足够的推力使其获得同转子相同的切线速度，此时的下甩料盘充当的是“撒料器”，将落在其上面的物料撒向四周，起不到应有的冲击破碎作用。
立式复合破碎机的破碎过程是通过式破碎［5］，其破碎腔的设计理念要体现其破碎过程的通畅无阻，从而提高生产能力。根据以上分析，我们打破传统的由隔板分为上、下两破碎腔的结构原理，将隔板去掉，为了使破碎粒度更细，增加了中转子（如图4所示），上、中、下转子合并，与筒体反击板形成直通式多级连续破碎腔，由上至下复合了打击、反击和挤压、研磨的破碎形式，实现了物料的中碎、中细碎、细碎，使能量和空间得到充分利用，从而提高机器的性能。因其破碎过程为通过式破碎，物料的通过量大，通过速度快，因而产量就高，相对而言，能耗就少。此结构不但可以解决堵料问题，减少了堵料引起的锤头磨损，还取消了下甩料盘、降低筒体高度，充分利用破碎腔空间，达到最佳的破碎效果和提高产量。
由此开发出新结构的PFL-Ⅲ系列高效立式复合破碎机。
三、PFL-Ⅲ系列高效立式复合破碎机的结构原理和特点
1、用途
本机作为中硬物料的优选细碎设备，用于破碎抗压强度≤210MPa的岩石、矿石。如：石灰石、白云石、水泥熟料、铁矿石、钼矿石、铝矿石、鹅卵石、磷矿石、铜矿石、烧结镁砂、蛇纹石、生石灰、石膏、块煤、沸石、砂岩等物料。可广泛用于矿业、冶金、建材、耐材、水泥、煤炭、玻璃、化工、电力等行业。
2、结构［1］(如图4所示)
本机是根据对物料进行输入能量逐级递增和分级破碎的原理设计的。
本系列大型号破碎机的转子部由上、中、下三级转子组成，中、小型号破碎机的转子部由上、下两级转子组成，以下结构与工作原理按大型号破碎机介绍。
本机由电机传动部、出料斗、机座部、底盘部、转子部、筒体部、机盖部等部件组成。电机为立式电机安装在机座的一端，通过V带驱动主轴旋转，主轴上装有三个转子，转子位于筒体的中央，每个转子的圆周装有可调整间隙的锤头，上转子的顶面装有甩料盘（由甩料筋和甩料衬板交叉均布组成）。机盖上有两个进料斗；底盘固定在机座上，机座下方设有一出料斗。支撑主轴的两个调心滚子轴承和一个推力轴承分别装于机盖和底盘的中央。筒体部由两个对开的半圆筒体构成，筒体上端联接机盖，下端联接底盘，筒体可以打开，以便更换易损件和检修；筒体内壁安装有上、中、下三层反击板，分别包围上、中、下转子，并与转子锤头保持一定间隙。
图4 PFL-Ⅲ 立式复合破碎机结构示意图
Fig.4 The structural sketch of PFL-III Series Complex Vertical Impact Crushers
3、工作原理［1］
工作时，固定在主轴上的转子在电机驱动下按一定方向高速旋转运行，块状物料由进料斗落到甩料盘上，经高速旋转的甩料盘筋的冲击后，在离心力的作用下，被迅速抛向反击板而产生撞击。
物料经反击板上的斜面及重力作用下，沿斜下方被反弹到锥形转子破碎腔，物料受到高速旋转的上锤头冲击，使物料获得足够的动能后被抛向反击板，并重复上述破碎过程，物料群在破碎腔内互相撞击得到再一次破碎，并在锥形空间做螺旋线下落。
物料进入圆柱形转子腔内，对已破碎的颗粒进一步细破碎、挤压、研磨，再次重复上述破碎过程。如此高频次的被上、中、下锤头和反击板的打击、反击、挤压、研磨，使物料由大到小逐渐被破碎。由于物料在破碎腔内受到锤头和反击板的冲击，以及物料之间的相互碰撞，使物料沿其自然节理面、层理面发生破碎。当破碎后的物料小于上转子的排料间隙时，物料进入中转子破碎腔，进行细碎。然后，物料进入下转子破碎腔，再次发生上述打击、反击、挤压、研磨的破碎过程，所不同的是下转子的锤头圆周速度比第二级更高，物料所受的的的破碎力更大，间隙更小，挤压、研磨的破碎效果更明显，因此可使物料细碎得更小，最终被破碎成所要求的颗粒，排出机体。
4、特点
⑴ 破碎比大。最大进料粒度80～240mm，出料粒度：物料≤3mm占70%以上。
⑵ 产量高。其破碎过程为通过式破碎，由于物料的通过量大，通过速度快，因而产量就高。相对而言，能耗就少。
⑶ 高效、节能。本机与磨机配套使用，可使磨机产量提高40%左右，系统电耗下降30%左右。
⑷ 易损件采用高硬度、高韧性多元合金耐磨材质,磨损少，寿命长。锤头与反击板间距可实现微调,确保产品粒度均匀,锤头的利用率大大提高,寿命增加5倍左右。
⑸ 本机通过对转子部及破碎腔的优化设计，形成多级连续破碎腔，使能量和空间得到充分利用，从而提高机器的性能。
⑹ 独特的甩料盘结构，由甩料筋和甩料衬板圆周交叉分布组成，甩料筋磨损后可做甩料衬板用，大大提高了材料利用率，降低了使用成本。
⑺ 运转平稳,噪音低,振动小,密封性好。操作方便,占地面积小，安装和维修方便。
四、PFL-Ⅲ系列立式复合破碎机的应用
1、PFL-Ⅲ系列立式复合破碎机的性能参数如表1：
表1 PFL-Ⅲ系列立式复合破碎机的性能参数
Tab.1 The performance parameters of PFL-III Series Complex Vertical Impact Crushers.
2、应用
我们针对PFL老型和PFL-Ⅲ新型立式复合破碎机，通过现场多家用户应用，对冶金石灰、白云石、石灰石三种物料进行大量测试，测试结果如表2（以PFL-1500和PFL-1500Ⅲ型为例）：
表2 PFL-1500和PFL-1500Ⅲ型立式复合破碎机现场测试数据
Tab.2 The date collected at worksite of PEF-1500 and PFL-1500Ⅲ Complex Vertical Impact Crushers.
从以上三种物料取样测试结果可见，PFL-Ⅲ型立式复合破碎机的破碎效果明显高于PFL老型：通过量更大，出料粒度更细，充分显示了新结构的优越性。
五、结语
通过实践验证，新型PFL-Ⅲ系列高效立式复合破碎机的结构性能和应用效果以及运行可靠性和人性化操控性方面，相对于传统立式复合破碎机有明显优势。同时，在中硬物料的白云石和石灰石细碎制砂方面有较大的潜在优势（≤4mm的物料占比均在80％以上），与专业制砂机相比（≤5mm的物料成品率占比30～40％），PFL-Ⅲ系列高效立式复合破碎机有其破碎比大、出料粒度细、相对能耗低和磨耗低等优势，深受用户的青睐，所以，PFL-Ⅲ系列高效立式复合破碎机应用于中硬物料制砂是发展趋势。
备注：洛阳大华重工科技股份有限公司位于洛阳市洛龙科技工业园内，公司占地20万平方米，有三个生产分厂和一个市级研发中心，是一家实力雄厚的股份制矿山机械制造企业。公司主要研制、生产各类破碎、筛分、磨矿、洗选、给料、输送机械及水泥装备、人工砂石料加工等成套设备，产品广泛应用于各类矿山开采及建材、交通、城市建设、水利水电工程、能源开发、建筑垃圾和固体金属废渣循环回收利用等行业。
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编辑：赵虹旭
